輪胎式液壓鑿巖臺車簡述

周忠尚，陳保磊，賈體鋒，苗娟娟

（徐州徐工鐵路裝備有限公司，江蘇 徐州221001）

0 前言

輪胎式液壓鑿巖臺車在水利工程、隧道、鐵路工程、礦業工程中大量使用[1]，鑿巖臺車具有鉆孔速度高、定向性好、機動性強、作業效率高和勞動強度低等優點[2]。我國輪胎式液壓鑿巖臺車經歷了近60余年的發展，現初步形成了獨立自主的生產規模和體系，逐漸登上國際市場舞臺。

1 輪胎式液壓鑿巖臺車產業發展歷史回顧

1.1 國外發展歷程

國外的液壓鑿巖臺車經歷近百年的發展，技術日趨成熟，產品不斷完善，品種規格齊全,使用日益廣泛。目前，已有20多個國家的幾十家公司能生產50多種不同型號的液壓鑿巖機及其臺車。現在世界上鑿巖臺車生產廠家競爭的核心產品是全液壓鑿巖機，而臺車的作用是使液壓鑿巖機的優越性得以充分發揮[3]。1970年法國Montabert公司成功研制出世界上第一臺可投入實際生產作業的H50型液壓鑿巖機，并且展示出其優異的作業能力，同年法國Secoma公司研制出RPH35型液壓鑿巖機，揭開了鑿巖設備快速全面發展的序幕。國外鑿巖臺車發展歷程圖見圖1。

1.2 國內發展歷程

我國有關鑿巖臺車的研究在20世紀60年代起步，70年代時發展較快，進入80年代中期，為了提高隧道施工機械化水平，我國有計劃地從瑞典、日本、芬蘭、瑞士等國的七家公司引進全液壓鑿巖設備近30個型號500余臺整機，其中包括液壓鑿巖機1200余臺。進入90年代，我國對電腦導向和全自動控制的鑿巖機器人的研究取得實質性進展。1998年，在國家“863”計劃下，中南工業大學開始對鑿巖機器人進行實用化研究并于2000年成功研制出國產第一臺液壓鑿巖機器人，代號為JSZY2-90M，標志著我國的鑿巖臺車進入到了實用和成熟階段。國內鑿巖臺車發展階段見圖2。

圖1 國外鑿巖臺車發展歷程圖

圖2 國內鑿巖臺車發展階段

2 輪胎式液壓鑿巖臺車生產企業分布與用戶情況

2.1 產品生產情況

現階段國內外市場上單臂、雙臂、三臂輪胎式掘進鉆車的生產及應用已比較普遍，三臂以上輪胎式掘進鉆車在國外已有樣機（如安百拓四臂臺車），但國內尚未見大量使用，每種類型的鉆車根據配置及產品參數又分為多種系列，如單臂臺車、雙臂臺車、雙臂一籃臺車、三臂一籃臺車等，按照帶不帶駕駛室，又分為封閉式駕駛室鑿巖臺車與敞開駕駛室鑿巖臺車（見圖3）。大致分類如表1所示（以安百拓為例）。

2.2 國外企業分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺車在國外屬較成熟產品，主要生產廠商有：瑞典山特維克、安百拓，挪威AMV等北歐企業，日本古河和小松，美國久益環球、卡特彼勒、特雷克斯等企業，加拿大RDH公司。久益環球公司2016年度被小松收購，卡特彼勒收購比塞洛斯部分也含有鑿巖臺車業務，全球輪胎式液壓鑿巖臺車預計年銷量約2000～3000臺。

2.3 國內企業分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺車國內生產企業大多于2000年以后開始，其中礦用掘進臺車類以宣化華泰、唐山東方液壓、江西鑫通、浙江志高掘進、浙江開山重工、安徽銅冠機械為主，隧道掘進臺車以中鐵裝備、徐工集團、鐵建重工、長沙五新為主，其中中鐵裝備主要與安百拓公司全系列合作生產，鐵建重工為引進挪威AMV技術，徐工集團以自主研發消化為主，長沙五新剛進行隧道掘進三臂臺車研發，江西鑫通和浙江志高掘進自2016年陸續研發出隧道用三臂臺車、兩臂臺車，

部分推向市場，國產化鑿巖臺車陸續替代進口臺車。預計輪胎式液壓鑿巖臺車國內年需求量大概400～500臺左右。

表1 輪胎式液壓鑿巖臺車國內外產品類型（以安百拓為例）

圖3 輪胎式液壓鑿巖臺車

2.4 用戶需求情況

隨著國內隧道機械化施工水平提高，國家對大中型礦山機械化開采越來越嚴格，特別是國字號企業越來越關注產品的性能、質量，倒逼輪胎式液壓鑿巖臺車廠家進行全系列性能升級。臺車用戶群體特點分析見表2。

3 我國產業的優勢與不足之處

3.1 優勢

隨著國家相關政策以及機械化施工的推廣，我國輪胎式液壓鑿巖臺車產業到了即將蓬勃發展的階段，國內陸續推出新型號、新性能產品。我國輪胎式液壓鑿巖臺車產業的特點可總結為以下四點（見圖4）：

（1）隧道施工、礦山開采標準、法規、制度對鑿巖臺車替代人工施工有更明確的規定，近年來國家安監總局、中國鐵路總公司、中國中鐵、中國鐵建等大型央企陸續推出隧道施工安全九條規定，要求實現國內隧道機械化施工水平，提高機械化換人、自動化減人的比例，國家日益提倡綠水青山就是金山銀山，隨著《環境保護法》對淘汰高能耗、高污染、低效率工藝和設備的要求，人工鉆孔施工的模式越來越被限制，《全國礦產資源規劃》中鼓勵高新設備和產品國產化更對國內鑿巖臺車產業有新的助力。

表2 輪胎式液壓鑿巖臺車國內用戶群體特點分析

圖4 我國輪胎式液壓鑿巖臺車產業特點

（2）在輪胎式液壓鑿巖臺車技術領域，國家曾于上世紀80年代整機引進瑞典安百拓、湯姆洛克產品，核心零部件——鑿巖機，國內的浙江志高、永大、蓮花山等企業率先突破，在全電腦控制技術領域，山河智能曾經在國家863項目中帶領團隊進行理論研究。

（3）市場發展方面，輪胎式液壓鑿巖臺車產業化程度低，隨著國內隧道機械化施工水平升高，大量輪胎式液壓鑿巖臺車等待增補，現階段礦山往大型化規模發展，礦山行業改組整合趨勢明顯，掘進開采設備需求明顯上漲，輪胎式液壓鑿巖臺車專業化程度較高，國內陸續出現類似尖兵公司等專業化隧道承包管理公司、金誠信等專業化礦山開采分包商，市場發展更趨向于專業化運作，市場更加有秩序。

（4）國家人口紅利日漸消失，勞動力成本增長快，現階段60后充斥手持式氣動鑿巖機施工現場，80后、90后已經不愿意進入隧道、礦山手持氣動鑿巖機施工，且工人工資日益增長，新時代年輕人管理考核難度直線加大，倒逼施工企業用機械替代人工，因此也倒逼國內輪胎式液壓鑿巖臺車廠進行全系列性能升級。

3.2 國內輪胎式液壓鑿巖臺車產業的不足之處

我國輪胎式液壓鑿巖臺車產業因起步較晚，隧道、礦山施工機械化程度較低，自2010年度開始產業爆發式發展，不足之處可總結為以下三點（見圖 5）：

圖5 我國輪胎式液壓鑿巖臺車產業不足

（1）技術積累尚顯不足，生產廠家產品系列化不全，類似于安百拓、山特維克這種大型鑿巖臺車生產企業國內尚未形成，國內輪胎式液壓鑿巖臺車生產廠家規模大多不超過十個億，傳統工程機械行業僅徐工一家涉足，且規模不大，尚未有大型機械行業廠家涉入；18千瓦以上液壓鑿巖機國內企業尚未能夠攻克，全電腦控制技術除鐵建重工引入AMV產品以來尚未有廠家成功攻克，核心技術壁壘嚴重；國產臺車生產廠家尚未系統解決錨桿、管棚、超前地質探測、干旱無水環境適應性等方面的問題，且產品細節與國外差距較大，產品穩定性不足。

（2）鑿巖臺車，以三臂為例，單次投入高達600～1000萬元，且耗材、配件費用每月可達十多萬，導致一些中小型施工企業或者礦山承包企業單次投入太大，更換及維修保養費用高。現階段以隧道施工為例，仍然堅持人工操作氣動鑿巖機施工，偏遠地區人工成本略低于設備運行成本，導致設備推廣不利。

（3）在市場推廣方面，因為隧道施工堅持層層分包制度，導致工序僅有單個施工隊伍完成，承包商不愿意單工序單業務模式下承擔過高設備引入費用，且專業化分工隊伍不多，類似于尖兵公司、徐工重慶隧道公司等專業化設備施工分包公司少，導致市場推廣較慢；現階段鑿巖臺車施工與操作手水平、維修保養人員素質息息相關，因這類人才缺乏，導致設備專業化管理基礎薄弱，導致鑿巖臺車市場推廣有待于進一步打開。

4 產業發展趨勢及展望

4.1 輪胎式液壓鑿巖臺車發展趨勢

輪胎式液壓鑿巖臺車基本分類模式為鉆臂覆蓋斷面范圍，本文引用安百拓分類模式。輪胎式液壓鑿巖臺車大致經歷狹窄型、低矮型、小型、中型、大型、超大型，鉆臂從單臂、兩臂發展到兩臂一籃、三臂一籃，現階段鉆臂覆蓋范圍圍繞專業化施工、智能化開采進行系列化補全和全電腦模式兩個大方向。

4.2 國內輪胎式液壓鑿巖臺車發展趨勢

從圖6可以看出，國外單臂、雙臂、三臂臺車分布均衡，說明礦山與隧道領域機械化程度均很高；國內單、雙臂臺車數量較多，三臂臺車較少，說明臺車主要應用于礦山狹窄巷道，隧道市場潛力較大；國外電腦臺車型號較多，國內僅鐵建重工引入了電腦臺車技術，應及早儲備電腦臺車技術，應對未來市場競爭；電腦控制技術多應用于多臂臺車，尤其是三臂臺車，單臂臺車則很少使用。

4.3 輪胎式液壓鑿巖臺車技術展望

我國輪胎式液壓鑿巖臺車技術發展趨勢可以從平臺升級和性能提升兩個部分來分開陳述，平臺升級方面，大致分四個階段。

（1）全液壓直控技術普及階段 （2011-2014年），該平臺系列產品主要表現為所有控制皆為液壓閥塊直接控制，控制方式簡單，但管路比較復雜且雜亂，設備本身為節流型系統壓力控制，能耗一般比較高，會有溢流減壓發熱現象，例如徐工TZ3產品（見圖 7）、鑫通單臂 DW1-31、兩臂DW2-104產品、志高UJ21產品、華泰HT81產品等。

（2）液壓先導+半電控技術平臺階段（2015-2018年），該階段系統產品液壓操縱考慮到管線路簡潔，將部分輔助操作功能設計為電控模式，操作臺更加美觀，手柄操作部分因液壓直控閥塊體積較大，設計為液壓先導模式，實現人機交互性更好、元件布置在執行機構附近，管路簡化明顯，維護更加方便。安百拓XL3D、志高UJ33、鑫通DW3-180等皆為該類型產品。同時部分廠家新增封閉駕駛室或者電腦導向功能，提高整車的人機和智能化水平，類似產品有中鐵裝備DJ3C（見圖 8）、徐工 TZ3S、鑫通 DW3-180E 等。

（3）全電腦臺車階段（2019年以后），該技術平臺能夠實現臺車自動定位、司鉆、布孔、實現地質報告，臺車同時具備3D掃描功能，整車控制方式為電控，具有故障檢測功能、鑿巖參數自動匹配、信息存儲、遠程監控功能，可以精確控制炮孔尺寸，同時配備MWD地質管理軟件。安百拓XE3C、鐵建重工ZYS113為代表型號（見圖9）。

圖6 輪胎式液壓鑿巖臺車國內外類型分布對比

圖7 全液壓直控類型產品（徐工TZ3）

圖8 液壓先導+輔助電控（安百拓XL3D）、電腦導向+封閉駕駛室類型產品（中鐵裝備DJ3C）

圖9 全電腦臺車類型產品（鐵建重工ZYS113、安百拓XE3C）

性能提升部分，輪胎式液壓鑿巖臺車國內一直在進行六大系列升級工作，技術展望大致分六個方面。

（1）模塊化。現階段輪式液壓鑿巖臺車推進器有很多款長度尺寸，適應不同鉆深需求，同時鉆臂也有較大覆蓋范圍，適應不同斷面大小，每種推進器、鉆臂匹配至單臂、兩臂、三臂臺車上形成若干型號產品,已經成為未來鑿巖臺車廠商技術發展趨勢，模塊化設計正在急速進行。

（2）智能化。以全電腦臺車為例，該產品具備鉆臂測量反饋、故障檢測、信息存儲追溯等系列信息化功能，可以提高作業效率，減少人為因素對臺車司鉆困擾，提高部分施工質量，以鐵建重工為例，其引進挪威AMV公司技術，在國內推廣鑿巖臺車智能化施工。

(3）舒適性。鑿巖臺車在隧道及地下礦山施工掘進，一般環境較為惡劣，潮濕、陰冷、高噪音對操作人員身體健康影響較大，因此選配封閉駕駛室，提高人機舒適性、降低臺車噪音、改善作業環境迫在眉睫。

(4）多功能。現階段隧道施工在超前地質探測、錨桿功能、水沖洗、氣吹孔、高海拔等有進一步要求，因此鑿巖臺車必須進行多功能選配提升，適應各種施工工況。

(5）低成本。鑿巖臺車在國內陸續推行降成本戰略，外資品牌在國內建立合資工廠，如安百拓南京工廠、山特維克臨工礦山等，國內生產企業采取鑿巖機、液壓元件、水泵、空壓機替換等方案，進一步降低鑿巖臺車整車成本，降低客戶的購買成本。

(6）便捷性。鑿巖臺車在施工以后，為保障設備的可靠性需進一步進行維修保養，為提高保養便捷性，現階段廠家會加配集中潤滑系統為底盤及大臂進行潤滑，同時采取軟硬管結合設計，降低軟管的爆管率，動力系統設計本身一般會考慮維修保養，提高濾芯、機油更換方便性。

圖10 模塊化、智能化、舒適性示意圖

圖11 多功能、低成本、維修保養便捷性示意圖